[发明专利]高力学性能镁合金及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型高力学性能镁合金，同时还涉及一种该合金的制备方法。

背景技术：镁合金具有密度小，比强度、比刚度高，减震性好，可回收等优点，受到交通、电子行业的的广泛重视。

目前实际应用的镁合金种类仍较少，镁合金材料可供选择的余地太小。同时镁合金由于强度低、塑形差极大地限制了它作为结构件在工业上的应用。在镁合金的牌号中，Mg-Al系合金是应用最早、也是迄今为止牌号最多、应用最为广泛的一类镁合金，但这类镁合金结晶凝固温度范围较宽，晶粒有粗化的倾向，凝固过程中粗大的β-Mg₁₇Al₁₂相以离异共晶的方式沿晶界呈网状析出，导致合金的力学性能变差，限制了Mg-Al系合金的应用。最常用的提高镁合金力学性能的方法是合金化。在常用的合金元素中，能同时提高镁合金强度和塑性的有Al、Zn、Ca、Ag、Ce、Ga、Ni、Cu、Th等，而其中Ga对镁合金组织及性能影响的研究则较少。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种高力学性能镁合金及其制备方法，其目的是解决以往的镁合金性能差的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高力学性能镁合金，其特征在于：该合金由以下组分组成：7.5～8.5wt.％Al，1.6～2.9wt.％Ga，杂质元素Mn<0.10wt.％，其余为Mg。

该高力学性能镁合金是由工业纯Mg、工业纯Al，工业纯Ga为原料熔炼而成。

一种如上所述的高力学性能镁合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将工业纯Mg、工业纯Al预热；

2)将井式电阻炉升温到700-720℃，把装有工业纯Mg、工业纯Al的坩埚放入炉中，通入N₂+0.1％SF₆(体积百分比)混合气体，待上述炉料全部熔化后再向合金熔液中加入工业纯Ga；

3)当熔体升温至700-720℃时，固体原料全部熔化后，充分搅拌合金液1-2分钟使化学成分均匀，然后扒掉熔渣；

4)保温静置10-15分钟；

5)将坩埚从井式炉中提出，直接浇入金属模具，得到铸态合金；

6)将铸态合金进行固溶及时效处理得到高力学性能镁合金。

步骤1)所述的预热温度为120～130℃。

步骤2)Ga元素的加入方法：由于Ga元素的熔点较低为29.78℃，为了防止其烧损，Ga元素需要用铝箔包上，然后将其压入合金液的底部。

步骤5)所述的浇铸模具需预热，预热温度为200-220℃。

步骤5)所述的浇铸时应从直浇口往铸型内通入防护性气体1-2分钟，并用石棉板盖上冒口，浇注时往液流处连续输送保护性气体进行保护。防护性气体为N₂+0.1％SF₆(体积百分比)的混合气体。

步骤6)中固溶处理温度为415℃，保温时间2小时；步骤6)中所述时效处理温度为168℃，保温时间为16小时。

所述固溶处理的步骤为：

将箱式电阻炉升温到415℃，把样品放到箱式电阻炉中间、靠近热电偶的位置，为了防止试样在加热时发生氧化，将样品装入坩埚中，在放置试样的坩埚底部加FeS，再在坩埚顶部盖上石棉，然后把炉温升温至415℃后使其恒温，保温2小时，到时间后把样品取出直接放入水中冷却。

所述时效处理的步骤为：将箱式电阻炉升温到160-170℃，把样品放到箱式电阻炉中间的位置，为了防止试样在加热时发生氧化，将样品装入坩埚中，在放置试样的坩埚底部加FeS，再在坩埚顶部盖上石棉，然后把炉温升温至168℃后使其恒温，保温16小时，到时间后把样品取出放到空气中冷却。

优点及效果：

本发明提供一种高力学性能镁合金及其制备方法，在Mg-Al系镁合金中，其铸态显微组织由两相组成：α-固溶体(基体相)和β-Mg₁₇Al₁₂相(强化相)组成。

在金属型铸造冷却条件下，现用的Mg-Al系合金的铸态组织由α固溶体、沿晶界分布的β-Mg₁₇Al₁₂相(其上分布着粒状α相)及其附近的次生β-Mg₁₇Al₁₂相所组成，次生β相与α固溶体呈片层相间的形式出现。在W(Al)≤9wt.％时，随Al含量的增加，Mg-Al系合金的强度随之增加，而塑性降低；在W(Al)﹥9wt.％时，Mg-Al系合金的强度、塑性都开始降低。